[发明专利]一种可热塑加工的聚乙烯醇改性材料

说明书

技术领域

本发明涉及聚乙烯醇改性领域，具体地说是一种可热塑加工的聚乙烯醇改性材料。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)具有优异的生物降解性，降解后的最终产物是CO₂和H₂O，完全属于绿色环保材料。聚乙烯醇是一种用途广泛的高分子聚合物，可用于食品水果、农药、香精、香料、油品、油料、电子电器元件水溶膜等有环保要求的包装；其毒性很小，欧美发达国家等已批准用于医药和食品工业，由于其分子链含有大量亲水性基团，因而使其有良好的水溶性；PVA分子链结构对称规整，含有大量的羟基极性基团，具有良好的成膜性，粘结力和乳化性，有卓越的耐油和耐有机溶剂性能，具有优异的反应性，可通过化学交联或硬化改性处理，显著提高它的力学性能及化学稳定性，同时还具有一定的生物降解性，鉴于PVA材料的结构能发生多元醇化学反应，可通过交联接枝等不溶处理，使其改性而成不同功能的一系列材料。尤为可贵的是PVA材料对生物活性物质无刺激性、价廉，是一种可应用于医药工业、农业生产、食品工业、环境保护等多种领域的材料，水解液对土壤无害，适当的粘性能促进土壤结团改性，提高土壤植物生长的透气性与土壤中生物成长的活动性，是个正真具有发展潜力的绿色环保型高分子材料。

但由于PVA没有明显的熔点，加热到200℃以上开始变色，230～250℃开始分解，300℃剧裂分解。正是熔点与分解温度合在一区，难有一个热塑加工窗口，给PVA的热塑加工成型带来了困难。鉴于此原因，PVA常用的成型方法均为溶液法，如溶液纺丝、溶液流延成膜等。溶液加工成型需经历溶解和干燥过程，存在工艺复杂、投资大（维尼纶厂）、成本高、产量低等缺点。基于溶液加工成型法的PVA只能制备薄膜、纤维等低维制品。热塑加工相比溶液加工具有工艺简单、能耗低、效率高、投资小、成本低等优点。若能挤出、注塑等热塑加工而制备PVA三维制品，可拓展PVA的应用领域。因此实施PVA的热塑加工具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种可热塑加工的聚乙烯醇改性材料，利用该聚乙烯醇改性材料可通过热塑加工制备出PVA三维制品，以拓展PVA的应用领域。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种可热塑加工的聚乙烯醇改性材料，它由以下重量份数的原料组成：聚乙烯醇100份，复合增塑剂25～60份，复合抗氧剂0.5～1份，热稳定剂0.1～1份，增强剂纳米SiO₂0.5～3份；

所述的复合增塑剂为甘油、聚乙二醇和二甲基亚砜的复配物；

所述的复合抗氧剂为抗氧剂245、TNPP和622-LD的复配物；

所述的热稳定剂为聚硅氧烷表面活性剂。

PVA结构上存在大量的羟基，能形成分子间和分子内氢键，同时属于结晶物，是一种性能优异的水溶性高分子，有着卓越的耐油耐溶剂性、气体阻隔性、透明性、抗静电性和优异的力学性能及无毒性，可降解性，在包装材料上有着广泛的用途，这是通用的PP、PE、PET、PA薄膜所不能实现的。正是因为PVA的多羟基结构，多氢键、多结晶，使它的熔点与分解温度接近，熔融即伴随分解，不易热塑加工，无论其聚合度与醇解度如何调整，其热塑加工的分解趋势无法阻滞。本发明在PVA中加入复合增塑剂形成增塑PVA，通过增塑降低其熔点，提高其熔体流动性；通过热氧稳定处理及接枝、扩链等技术打乱PVA的结构规整度，降低分子间作用力和结晶度，从而提高其热分解温度，提供一个热塑加工窗口。

增塑剂属小分子物质或低聚物，选择一些对PVA有熔解作用的物质，它可与PVA分子链上的羟基形成氢键，以减少PVA相互之间形成氢键的概率，同时小分子物质还可以起润滑剂的功能，降低树脂分子链的结晶性，从而降低PVA的熔点，改善PVA熔体的流动性，使PVA在较低的温度下具有较好的流动性，拉开PVA熔点与分解点的距离，产生一个热塑加工窗口。

针对PVA的分子链上有大量的羟基，属极性高聚物。根据增塑原理，只要能与PVA分子链上的羟基形成氢键作用，就能起到降低其熔点，提高流动效果。但PVA的熔融温度偏高，所选的增塑剂还需要具有熔点高、不易挥发的特性。甘油、聚乙二醇都能起增塑PVA的作用，但单一使用甘油易迁移，效果较差，复配增塑目的是为解决单一增塑产生的不足，让增塑剂之间产生协同作用，提高增塑效果，另选二甲基亚砜作辅助增塑剂是鉴于二甲基亚砜是一种强极性溶剂，在室温下就可以对PVA进行溶解，迅速破坏PVA分子间的氢键，使PVA分子间构成新的作用力，降低PVA熔体特性粘度，实现PVA在较低温度下的热塑加工。